盐柴类荒漠生态系统碳交换特征及其对环境因子的响应研究

摘要

盐柴类荒漠作为盐生荒漠生态系统的一种，具有较高的植被覆盖度，同时土壤的盐渍化程度也较高，因此其碳交换特征与其他生态系统必然不同，在这一背景下本研究通过野外原位测量以及室内试验相结合的方式对盐柴类荒漠碳交换的特征及其对环境因子的响应进行了研究。室外实验在新疆农业大学呼图壁草地生态试验站进行，采用Li-8100自动土壤CO2流量系统测量土壤呼吸以及Li-840CO2/H2O红外分析仪结合静态箱法测量生态系统呼吸与生态系统净交换，同时测量温度与土壤含水量，并计算生态系统呼吸的各组分呼吸;室内采用Li-840CO2/H2O红外分析仪测量灭菌后土壤无机CO2通量的变化特征，并进一步分析其对温度变化的响应。得出主要结果如下:
　　(1)盐柴类荒漠土壤呼吸有着明显的空间异质性，灌下土壤呼吸明显大于裸地土壤呼吸(P＜0.05)。灌下与裸地呼吸表现出不同的日变化，除开夜间波动，裸地仅10月白天表现为单峰，其余都表现为双峰，而灌下表现为单峰，但是由于夜间出现CO2通量突然上升的现象，因此在7到9月夜间又出现了一个峰值。
　　(2)土壤呼吸温度与土壤含水量之间总的相关性不高。但是随着温度的降低与土壤表层含水量的上升，土壤呼吸与温度逐月的相关性表现为一个上升趋势，到9月土壤呼吸与气温的相关性达到了0.973，达到极显著相关(P＜0.01)。5月由于降雨以及正午高温抑制的原因，土壤呼吸与温度表现为负相关。
　　(3)生态系统呼吸(Re)以及其组成植物自养呼吸(Ra)都呈现出单峰曲线;生态系统净交换(Nee)的变化6、7、9三个月与5月、8月表现出不一样的趋势。由于高温影响，生长季6、7两月表现为微弱的碳源。虽然8月有着更高的土壤含水量，但是生态系统呼吸日平均值在6、7两个月还是高于8月，这说明温度对于生态系统呼吸(Re)与植物自养呼吸(Ra)的影响更大。除8月外，植物自养呼吸(Ra)占总呼吸的比例白天大于夜间。
　　(4)生态系统呼吸(Re)与植物自养呼吸(Ra)都表现出了与温度较好的相关性。二者与气温相关性最高，其次是5 cm土壤温度，10cm土壤温度。植物自养呼吸(Ra)在月变化与日变化中都表现出比生态系统呼吸(Re)与温度的相关性更高。由于高温的抑制作用以及夜间土壤呼吸变化的影响，生态系统净交换(Nee)与温度不相关。
　　(5)在野外原位研究中，夜间出现了土壤CO2通量由前一时段的负值上升为正值的现象，对比两个时间段，夜间温度出现了上升。在室内对灭菌土壤的CO2通量测量中发现降温、恒温条件下，无机CO2通量表现为负值(吸收CO2)，在升温状态下无机CO2通量为正值（释放CO2）。无机CO2通量的变化与温度的变化率呈极显著正相关，其中温度下降速度越快，无机CO2吸收速率越高，温度上升越快，无机CO2释放速率越快。而在恒温状态下，无机CO2通量主要来自于无机盐类的反应。
　　由结果可知，在本研究中生态系统呼吸与生态系统净交换表现出与温度变化相同趋势，与其不同的是土壤呼吸与温度、水分相关性不高，同时由于白天与夜间的土壤呼吸负通量，因此土壤碳排放相比其他生态系统更小，而土壤无机CO2通量大小对于温度变化率有着较好的响应。本研究结果可为荒漠区碳循环进一步的研究提供数据支撑。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 前言

1．1 研究背景

1．2 研究方法

1．3 相关概念及其影响因子

1．3．1 生态系统碳交换概念

1．3．2 生态系统碳循环影响因子

1．4 干旱区与半干旱区碳循环研究现状

1．4．1 干旱区与半干旱区的碳交换研究

1．4．2 干旱区半干旱区土壤呼吸研究

1．5 研究意义与内容

1．6 技术路线

第二章 材料与方法

2．1 研究区概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 气候特征

2．1．3 植被类型

2．1．4 土壤类型

2．2 试验设计及测定方法

2．2．1 试验设计

2．2．2 测定方法

2．3 数据处理与计算方法

2．3．1 数据处理

2．3．2 计算方法

第三章 盐柴类荒漠土壤呼吸变化

3．1 土壤呼吸动态变化及其空间异质性

3．1．1 土壤呼吸的动态变化

3．1．2 土壤呼吸的空间异质性

3．2 环境因子的动态变化

3．2．1 温度的动态变化

3．2．2 土壤含水量的动态变化

3．3 土壤呼吸对环境因子的响应

3．3．1 土壤呼吸与温度的相关性

3．3．2 土壤呼吸与土壤含水量的相关性

3．4 讨论

3．4．1 盐柴类荒漠土壤呼吸的特征

3．4．2 土壤呼吸的空间异质性

3．4．3 土壤呼吸对于水热条件的响应

3．5 本章结论

第四章 盐柴类荒漠碳交换研究

4．1 生态系统净交换(Nee)的平均日变化与月变化

4．2 生态系统呼吸(Re)以及植物自养呼吸(Ra)的日变化与月变化

4．3 环境因子的动态变化

4．4 总初级生产力(GPP)的动态变化

4．5 盐柴类荒漠碳交换对于温度的响应

4．6 讨论

4．6．1 盐柴类荒漠碳交换变化规律

4．6．2 盐柴类荒漠碳交换对环境因子的响应

4．7 本章结论

第五章 土壤无机CO2通量特征以及对于环境因子的响应

5．1 土壤无机CO2通量特征以及其对温度的响应

5．1．1 土壤无机CO2通量特征

5．1．2 土壤无机CO2通量对于温度的响应

5．2 讨论

5．3 本章结论

第六章 结论与展望

6．1 盐柴荒漠土壤呼吸特征及其影响因素

6．2 盐柴类荒漠碳交换特征及其影响因素

6．3 土壤无机CO2通量特征及其对于环境因子的响应

6．4 存在的不足与展望

6．4．1 存在的不足

6．4．2 展望

参考文献

致谢

作者简历